RoomPlaces : a system for supporting science inquiry in the classroom of things

This thesis offers two distinct and complementary contributions. First, it introduces a software framework called RoomPlaces that supports proximity location tracking of students and artifacts in classrooms using Bluetooth Low Energy beacon technology. RoomPlaces provides a set of functions that allow developers to both query the system for the location of an object and subscribe to notifications of arrival and departure events from discrete locations. While these capabilities could be used to support a variety of services such as automatic attendance, inventory management, and monitoring of resource utilization, the focus here is on the use of the location as a driver for scientific simulation. Second, RoomPlaces is used to support an exploratory study conducted on the embedded phenomena WallCology (Moher, et al., 2008), where the location of shared tangible artifacts is used to control a distributed simulation of ecosystem dynamics. Students are required to work in groups with the goal of discovering the dynamics of the interactions among species situated inside simulated ecosystems. Students have the capability to alter the species composition and population levels present in those virtual environments and observe how they respond to uncontrollable external pressures such as warming, habitat destruction, and the invasion of alien species. Research in community knowledge construction has shown that getting students to seek and share information with one another is extremely challenging. Students in three sixth-grade classes were provided with a single set of shared control artifacts with embedded Bluetooth LE beacons, creating a bottleneck designed to promote interaction and information sharing among groups. We present evidence supporting the claim that the use of the tangibles raised learners' motivation to participate in the activity, fostered productive disciplinary discourse, and heightened student sense of autonomy and control during the activity.

Questa tesi presenta due contributi distinti e complementari. Il primo contributo é uno strumento software chiamato RoomPlaces che fornisce un sistema di localizzazione di prossimità che sfrutta la tecnologia Bluetooth Low Energy. Consente agli sviluppatori di creare applicazioni che hanno accesso alla posizione di un oggetto o una persona all’interno della classe e fornisce notifiche quando questi arrivano o lasciano determinate aree. Queste capacità possono essere utilizzate per creare una serie di servizi come appello automatizzato, gestione dell’inventario e monitoraggio dell’utilizzo delle risorse. Questa tesi é focalizzata su come utilizzare la posizione di oggetti come interfaccia verso simulazioni scientifiche didattiche svolte da studenti di scuola primaria. Il secondo contributo è uno studio esplorativo riguardante l’utilizzo di artefatti tangibili a scopo didattico condotto utilizzando RoomPlaces per creare WallCology (Moher, et al., 2008). La posizione di artefatti tangibili è utilizzata per controllare una simulazione distribuita di dinamica degli ecosistemi. Durante questa attività gli studenti lavorano in gruppi con l’obiettivo di scoprire le interazioni presenti tra specie di creature che vivono negli ecosistemi virtuali. Gli studenti hanno la possibilità di modificare la quantità di creature presenti e di introdurre o rimuovere specie. Gli ecosistemi sono inoltre programmati per subire interferenze dall’esterno come per esempio l’aumento della temperatura, la distruzione di parti dell’habitat e l’invasione di specie esterne. Studi riguardanti la costruzione di conoscenza all’interno di comunità mostrano una notevole difficoltà per gli studenti nel condividere le informazioni tra di loro. Lo studio esplorativo é stato effettuato su studenti di scuola primaria utilizzando un solo gruppo di artefatti contenenti localizzatori Bluetooth LE, creando un unico punto di aggregazione con l’intento di incentivare lo scambio di informazioni tra gruppi. I risultati ottenuti evidenziano i benefici degli artefatti tangibili: aumentano la motivazione a partecipare nelle attività didattiche, creano opportunità per discussioni legate alla simulazione e aumentano la percezione di autonomia e controllo durante l’attività.